第五章GPS测量的误差来源--x要点.ppt

第五章 GPS测量的误差来源 §5.1 GPS误差的分类 §5.2 与GPS卫星有关的误差 §5.3 与卫星信号传播有关的误差 §5.4 与接收机有关的误差 §5.5 其他误差来源 §5.1 GPS误差的分类 GPS测量误差的分类 与卫星有关的误差 星历误差；（卫星轨道误差） 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机天线相位中心的偏移和变化 接收机钟差 接收机内部噪声 根据误差的性质可分为： （1）系统误差：主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、以及大气折射的误差等。 （2）偶然误差：包括多路径效应误差和观测误差等。 消除或消弱各种误差影响的方法① 模型改正法 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式 所针对的误差源 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差 限制：有些误差难以模型化 消除或消弱各种误差影响的方法② 求差法 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。 所针对的误差源 电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 … 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱 消除或消弱各种误差影响的方法③ 参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来 适用情况：几乎适用于任何的情况 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计 消除或消弱各种误差影响的方法④ 回避法 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。 所针对的误差源 电磁波干扰 多路径效应 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性 §5.2 与GPS卫星有关的误差 5. 2.1卫星星历（轨道）误差 定义 由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。 1、卫星星历误差； 1）来源：地面监测站观测数据误差及星历数据计算方法不合理带来的误差。 2）大小：卫星位置偏差达数米至数十米。 3）性质：当地面两点间的距离较近（20km）时，对两点定位的影响具有相关性。 4）减弱措施： （1）相对定位；（残余误差随边长的增大而增大） （2）差分定位； （3）采用后处理星历； （4）建立自己的地面监测站，进行GPS卫星的定轨观测，求精密星历。 §5.2.2 卫星钟误差 卫星钟差 产生 包括钟差、频偏、频漂等产生的误差 应对方法 模型改正 钟差改正多项式 其中a0为t0时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。 相对定位或差分定位 卫星钟差 1）来源：钟频稳定性。 2）对星站距离的影响达300km，改正后仍有6m。 3）性质：同星历误差。 4）减弱措施： 主要是相对定位或差分定位； §5.2.3 相对论效应 狭义相对论效应 广义相对论效应 相对论效应 狭义相对论和广义相对论 狭义相对论 1905 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化 广义相对论 1915 将相对论与引力论进行了统一 相对论效应对卫星钟的影响① 狭义相对论 原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。 对GPS卫星钟的影响： 结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢（卫星钟比静止在地球上的同类钟走慢了） 相对论效应对卫星钟的影响② 广义相对论 原理：钟的频率与其所处的重力位有关 对GPS卫星钟的影响： 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快 相对论效应对卫星钟的影响③ 相对论效应对卫星钟的影响 狭义相对论＋广义相对论 解决相对论效应对卫星钟影响的方法 方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。 第一步： 第二步： §5.3 与卫星信号传播有关的误差 5.3.1 电离层折射误差 5.3.2 对流层折射误差 5.3.3 多路径效应 5.3.1 电离层折射误差 大气折射效应 大气折射 信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲。也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。 色散介质与非色散介质 色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同 非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质 电子密度与总电子含量